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        熱噴涂之粘結底層材料選擇

        更新時間  2021-11-04 13:45:49 閱讀

        粘結底層材料選擇 

        當需要在金屬基體上噴涂陶瓷涂層工作層時,由于陶瓷涂層材料在化學鍵、晶體結構和熱物理性能等方面與金屬材料存在相當大的差別,有必要先在金屬基體上噴涂一層合金粘結底層,提高表面陶瓷涂層與基體金屬之間結合強度的同時,還可以緩解兩者之間熱物理性能的差別。在基體尺寸形狀或結構難于進行噴砂或粗化處理時,也推薦采用粘結底層。此外,對于工作層雖然為金屬,但其熱物理性能與基體金屬相差較大,或兩者的潤濕性很差時,也推薦采用粘結底層。
             1.常用粘結底層材料的性能要求
             一般來講,作為粘結底層噴涂材料應具有以下四方面的性能特點:
             (1)與基體表面結合強度高,甚至能產生微區冶金結合。特別是具有“自粘結”效應的Ni-Al型復合粉末,在熱噴涂過程中,Ni與Al能發生化學反應,生成金屬間化合物,并釋放出大量熱量,甚至這一反應過程能夠持續到粉末碰撞到基體表面時仍在進行,該效應十分有利于變形粒子與基體表面形成微區冶金結合,從而提高粘結合底層與基體之間的結合強度。
              (2)具有抗氧化耐腐蝕能力。特別是作為陶瓷涂層的粘結底層,當在高溫下工作時,環境中的氧氣和腐蝕介質能夠通過陶瓷涂層的孔隙侵入到粘結底層,這就要求粘結底層在高溫下能形成致密的氧化物保護膜,以保護基體金屬不被氧化和環境介質的腐蝕。
              (3)涂層表面具有合適的粗糙度,它不僅能為噴涂工作層提供良好的粗化表面,有利于提高工作層與粘結底層之間的結合強度,而且對工作層表面的粗糙度也有直接影響。
              (4)具有合適的熱物理性能,特別是熱膨脹系數、熱導率等,最好介于基體材料和工作層之間,以減小兩者之間的熱膨脹不匹配性,降低涂層內的熱應力和體積應力,有利于提高涂層的使用壽命。
        鑒于粘結底層的重要性,在進行涂層設計時,應綜合考慮基材熱物理特性和具體工況條件謹慎選擇。

        噴涂


              2.粘結底層材料選擇方法 
              在進行涂層設計時,針對粘結底層的選擇,主要考慮以下兩方面因素的影響。
              (1)粘結底層與基體材料的相容性。當基材為普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鎳鉻合金、鋁、鎂、鈦、鈮等材料時,可選用具有“自粘結”效應的噴涂粉末作為粘結底層材料,涂層十分致密,孔隙率低,能顯著提高表面工作層與基體之間的結合強度。但要注意,該類粘結底層在酸性、堿性和中性鹽的電解液中不耐腐蝕,不易在該類液態化學腐蝕條件下用作粘結底層。
              當基材為銅及銅合金時,應優先選用鋁青銅作粘結底層,由于Cu和Al之間在熱噴涂過程中也會發生放熱反應,生成金屬間化合物,因此,鋁青銅在銅及銅合金表面具有一定的自粘結性,有利于提高涂層與基體之間的結合強度,且該涂層具有良好的抗熱沖擊性和抗氧化性。
              當基材為塑料及聚合物類基體時,為避免基材表面被高溫粒子燒焦而出現“焦化”,從而影響工作層與塑料基體之間的結合,常常選擇低熔點金屬(如Zn、Al等)或塑料加不銹鋼復合粉末作為粘結底層材料。塑料加不銹鋼復合粉末是由塑料粉末和不銹鋼粉末復合而成的粉末,主要用作塑料類基體上噴涂高熔點金屬、陶瓷或金屬陶瓷涂層時的粘結底層材料。其中的塑料組分質軟,且流平性好,使涂層與基體塑料有良好的粘結強度,并使塑料基體的受熱減至最??;而不銹鋼組分則具有良好的耐化學腐蝕性能,可形成鑲嵌在塑料涂層中的硬質顆粒,有利于形成粗糙表面,為噴涂工作層提供比較理想的“錨固”結構,此外,不銹鋼組分還有利于把噴涂焰流的熱量散開,從而避免塑料基體產生局部過熱或焦化,對提高粘結底層與基體的結合強度有利。
               當基材為石墨基體時,為防止石墨和鎢在高溫下發生反應生成碳化鎢,引起石墨脆化,可噴涂鉭作為粘結底層。此外,鉭涂層與鋼基體之間也能形成自粘結結合。
              值得注意的是,在熱噴涂技術中,鉬(Mo)也被作為一種具有自粘結效應的粘結底層來廣泛使用。這是因為Mo在400℃下,會迅速發生氧化,生成具有揮發性的MoO3,產生急劇升華,裸露出的鉬的熔滴對大多數金屬及其合金的干凈平滑表面有極好的潤濕鋪展性能,從而形成自粘結效應。除金屬外,它還能夠粘結在陶瓷、玻璃等非金屬表面,但在銅及銅合金、鍍鉻表面、氮化表面和硅鐵表面等除外。
               此外,具有優異的抗高溫氧化性能和耐蝕性能的確NiCr合金,雖然不具有自粘結效應,但也是廣泛使用的一種粘結底層材料。
               (2)粘結底層與工況條件。作為整個涂層的一部分,粘結底層的選用也必須滿足工況使用要求。由于應用涉及的工況環境很多,也很復雜,下面僅從工作溫度和腐蝕環境兩個方面進行闡述。
               1)工作溫度。每一種粘結底層材料都有其適宜的工作溫度范圍,熱噴涂技術中常用粘結底層材料的特性及最高使用溫度

        2) 腐蝕介質。對于在腐蝕介質中工作的涂層,進行涂層設計時要特別注意,粘結底層及工作層均應首先具備抵抗工作介質腐蝕的能力,此時,選擇粘接底層時,應以耐工作介質腐蝕作為優先考慮條件,在此基礎上,再考慮盡可能提高結合強度,如果粘結底層選擇不當,涂層壽命很難滿足使用需求。例如,某醋酸泵軸套防腐耐磨涂層選用Al2O3-TiO2陶瓷涂層作工作層,當采用Ni-Al型粘結底層時,其使用壽命很短,大約只有兩周時間,有時甚至出現“脫殼”現象;而當選用Mecto 700(Ni20Cr10W9Mo4Cu1C1B1Fe)時,其使用壽命可長達1.5-2年。由表中所列的常用粘結底層特性可知,Ni-Al型粘結底層均不耐電解質溶液腐蝕,Ni-Cr(80/20)可耐多種化學介質腐蝕及氣體腐蝕的能力,而Mo可耐多種強腐蝕介質腐蝕。一些金屬涂層與所適應的環境介質

           文章來源:http://www.coldcashguy.com/



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